基于雙用戶NOMA系統(tǒng)下行鏈路性能的分析

王輝

蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院 江蘇 蘇州 215006

1 系統(tǒng)模型

NOMA的基本原理是在發(fā)送端先對(duì)各個(gè)用戶信號(hào)獨(dú)立進(jìn)行調(diào)制，在對(duì)各個(gè)用戶信號(hào)分配不同的功率后進(jìn)行線性疊加，疊加后的信號(hào)還是采用正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)來進(jìn)行傳輸；接收端通過干擾消除檢測(cè)接收機(jī)完成用戶信號(hào)的接收[1]。

圖1 OFDMA系統(tǒng)流程圖

圖2 NOMA系統(tǒng)流程圖

在發(fā)送端，功率分配采用固定功率分配（fixed power allocation，F(xiàn)PA）的方式，遠(yuǎn)端用戶分配較大的功率，近端用戶分配較小的功率。疊加信號(hào)可表示為

(1)式中的nx和np表示各用戶n的信號(hào)和所分配的功率，{1,2}n=；而x則表示生成的疊加NOMA信號(hào)；這里不考慮個(gè)用戶之間的相對(duì)相位偏移。

在接收端，用戶n接收的信號(hào)為

采用OFDMA時(shí)，假設(shè)信道帶寬為1Hz。由于OMA正交用戶多路復(fù)用，假設(shè)用戶1的頻帶寬度為α(0＜α＜1) Hz ，用戶2的頻帶寬度為1-αHz。用戶1和用戶2可達(dá)到的數(shù)據(jù)速率分別為

采用NOMA時(shí)，假設(shè)信道帶寬同樣為1Hz，用戶1和用戶2可達(dá)到的數(shù)據(jù)速率分別為

表1 OFDMA系統(tǒng)和NOMA系統(tǒng)用戶傳輸速率

由表1中的結(jié)果可知，在同一信噪比的情況下，相比于OFDMA系統(tǒng)，在NOMA系統(tǒng)中用戶1和用戶2的傳輸速率分別提升了32%和48%。因此，可以得出結(jié)論，相對(duì)于OFDMA技術(shù)，NOMA技術(shù)可以使系統(tǒng)性能得到提升[2]。

2 NOMA與OFDMA的對(duì)比

表2 仿真參數(shù)的設(shè)置

子載波數(shù)：N 52使用子載波序號(hào)：subcarrierIndex[-26:-1 1:26]循環(huán)前綴的點(diǎn)數(shù)：Ng= NFFT/4 16調(diào)制方?式BPSK/16QAM NOMA符號(hào)數(shù)：nNOMA_symbol 400傳輸bit數(shù)NFFT× nNOMA_symbol×4信道瑞利信道

假設(shè)子載波數(shù)N和FFT大小都設(shè)為4，即傳輸4個(gè)信號(hào)，分別為X k,k=0,1,2,3，在16QAM調(diào)制給定的星座圖中，Xk是復(fù)數(shù)。

經(jīng)過離散傅里葉變換逆（IDFT）x[n],n=0,1,2,3。NOMA信號(hào)如下式表示：

兩用戶模型的接收端檢測(cè)過程：

2.1 小區(qū)近端用戶1的檢測(cè)

經(jīng)過信道傳輸后，用戶1的接收信號(hào)表達(dá)式為：

SIC接收機(jī)在對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先對(duì)2x進(jìn)行檢測(cè)，將1x看作噪聲信號(hào)，得到2x的估計(jì)信號(hào)2x，在將2x從疊加信號(hào)中減掉。然后對(duì)1x進(jìn)行檢測(cè)，得到估計(jì)信號(hào)1x。用戶1的檢測(cè)算法過程如下：

2.1.1 對(duì)1y進(jìn)行線性檢測(cè)，疊加的估計(jì)信號(hào)表達(dá)式可表示為：

2.1.3 先對(duì)2x進(jìn)行解調(diào)之后進(jìn)行硬判決。對(duì)經(jīng)過譯碼的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)得到調(diào)制符號(hào)2x，將2x從疊加信號(hào)中減去，得到1x的估計(jì)信號(hào)，即

對(duì)1x進(jìn)行16QAM解調(diào)得到用戶1的信號(hào)

圖3 NOMA雙用戶和OFDMA雙用戶的誤碼率對(duì)比

在不考慮兩用戶遠(yuǎn)近距離的情況下，雖然NOMA相比于OFDMA在傳輸速率方面有了提升，但是NOMA在發(fā)送端主動(dòng)引入了干擾信息，所以在接收端NOMA系統(tǒng)的誤碼率要高于OFDMA系統(tǒng)。